第六章光纤通信新技术 6光放大器 62光波分复用技术 63光交换技术 64光孤子通信 65相干光通信 66全光通信 奩心
第六章 光纤通信新技术 6.1光放大器 6.2光波分复用技术 6.3光交换技术 6.4光孤子通信 6.5相干光通信 6.6全光通信网
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量, 降低价格,满足社会需要。进入20世纪90年代以后,光 纤通信成为一个发展迅速、技术更新快、新技术不断 涌现的领域。本章主要介绍一些已经实用化或者有重要 应用前景的新技术,如光放大技术,光波分复用技术, 光交换技术,光孤子通信,相干光通信,全光通信网等
光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量， 降低价格，满足社会需要。进入20世纪90年代以后，光 纤通信成为一个发展迅速、 技术更新快、新技术不断 涌现的领域。本章主要介绍一些已经实用化或者有重要 应用前景的新技术，如光放大技术，光波分复用技术， 光交换技术，光孤子通信，相干光通信，全光通信网等
6.1光纤放大器 光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半导体 光放大器的优点是小型化,容易与其他半导体器件集成;缺点 性能与光偏振方向有关,器件与光纤的耦合损耗大。光纤放大 器的性能与光偏振方向无关,器件与光纤的耦合损耗很小,因 而得到广泛应用 光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光 器,所以也称为光纤激光器。 20世纪80年代末期,波长为1.5pm的掺铒(Er)光纤放大器 (EDFA: Erbium Doped Fiber amplifier)研制成功并投入实用 把光纤通信技术水平推向一个新高度,成为光纤通信发展史上 个重要的里程碑
6.1光 纤 放 大 光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半导体 光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点 是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。光纤放大 器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小， 因 而得到广泛应用。 光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光 器，所以也称为光纤激光器。 20世纪80年代末期，波长为1.55 μm的掺铒(Er)光纤放大器 (EDFA： Erbium Doped Fiber Amplifier)研制成功并投入实用， 把光纤通信技术水平推向一个新高度，成为光纤通信发展史上一
6.1.1掺铒光纤放大器工作原理 下图示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理,说明了光 信号为什么会放大的原因。从图611-1(a)可以看到,在掺铒 光纤(EDF)中,铒离子(Er3+)有三个能级:其中能级1代表基 态,能量最低;能级2是亚稳态,处于中间能级;能级3代表 激发态,能量最高。当泵浦(Pump,抽运)光的光子能量等于 能级3和能级1的能量差时,铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到 激发态(1→3)。但是激发态是不稳定的,Er3+很快返回到能 级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量 差,则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1),产生受激辐射 光,因而信号光得到放大
6.1.1 下图示出掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理，说明了光 信号为什么会放大的原因。从图6.1.1-1(a)可以看到，在掺铒 光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 其中能级1代表基 态， 能量最低；能级2是亚稳态，处于中间能级；能级3代表 激发态， 能量最高。当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于 能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到 激发态(1→3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能 级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量 差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射 光，因而信号光得到放大
4F。222280.65um 10 0. Oum 人 6 9/2 41/2ym098pm 吸收 4113/22dz 1 3 um 4 1.48um 光信号 2回 泵浦 增益 415122z加1 1481.501.521.541.56 波长 (b) 图61.1-1掺铒光纤放大器的工作原理 (a)硅光纤中铒离子的能级图;(b)EDFA的吸收和增益频谱
4F9 / 2 4I9 / 2 4I11 / 2 4I13 / 2 4I15 / 2 1.48 m 泵 浦 0.65 m 0.80 m 0.98 m 1.53 m 1 2 3 光 信 号 1.48 1.50 1.52 1.54 1.56 0 2 4 6 0 2 4 6 8 10 吸 收 增 益 波 长 / m 损耗或增益 /( dB·m － 1 ) (b) (a) 截 面 / (×10 － 2 5 m2 ) 图6.1.1-1 (a) 硅光纤中铒离子的能级图；(b) EDFA的吸收和增益频谱